توصيفگر ها :
شمع حرارتي , ماسه اشباع , رفتارترمومكانيكي , مدلسازي عددي
چكيده فارسي :
با رشدجمعيت و ضرورت كاهش گرمايش زمين و آلودگي هوا، استفاده از انرژي هاي تجدديدپذير به ويژه انرژي زمين گرمايي افزايش يافته است. يكي از كاربردهاي اين انرژي، بهره گيري در سازه هاي ژئوتكنيكي مانند شمع هاي حرارتي است كه علاوه بر عملكرد سازه اي، وظيفه انتقال حرارت را نيز بر عهده دارند.رفتار ترمومكانيكي اين شمع ها نسبت به شمع هاي معمولي پيچيده تر بوده و تحت تأثير عواملي مانند تغييرات دما، بارگذاري مكانيكي و نوع خاك قرار دارد. در اين پژوهش، با استفاده از مدلسازي عددي دوبعدي متقارن محوري در نرم افزار Abaqus/CAE2021، رفتار يك شمع حرارتي در خاك ماسه اي اشباع بررسي شد. فرآيند تحليل شامل سه مرحله ي گرمايش تا℃ 36 طي 12 روز، سرمايش تا℃ 17.5 طي 16 روز و اعمال بار مكانيكيkN 1300 به سر شمع بود. در هر مرحله، تغييرات تنش، كرنش وجابه جايي در راستاي عمق و در سه ناحيه شمع، سطح تماس شمع-خاك واطراف خاك ارزيابي شدند. همچنين تأثير ابعاد هندسي شمع از طريق تغيير شعاع(0.25 و 1 متر)وعمق (7.5 و 20 متر)نسبت به شمع مرجع (0.5 ×15 متر) بررسي گرديد. نتايج نشان دادند با افزايش دما، تنش فشاري و انبساط افزايش و نشست كاهش مي يابد؛ در حالي كه با كاهش دما، انقبا ض و نشست افزايش و تنش كاهش مي يابد. بارگذاري مكانيكي موجب افزايش تنش، نشست و جابه جايي در هر دو حالت گرمايش و سرمايش شد. همچنين با افزايش شعاع شمع، انتقال حرارت، تنش وجابه جايي بيشتر و انبساط كمتر شد. در مقابل، افزايش عمق شمع موجب كاهش انتقال حرارت و افزايش انبساط در شمع و انقباض در خاك اطراف شد.به طور كلي، دما، بار مكانيكي و ابعاد هندسي شمع اثر چشمگيري بر رفتار ترمومكانيكي آن دارند.
چكيده انگليسي :
With the growth of the global population and the need to reduce global warming and air pollution, the use of renewable energies particularly geothermal energy, has increased. One application of this energy is in geotechnical structures such as energy piles, which serve both structural and thermal exchange functions. Due to their thermo-mechanical behavior, energy piles are more complex than conventional piles and are influenced by factors such as temperature changes, mechanical loading, and soil type. In this study, the thermo-mechanical behavior of a thermal pile embedded in saturated sandy soil was investigated numerically using a 2D axisymmetric model in Abaqus/CAE 2021. The analysis process included three consecutive phases: heating the pile to 36°C over 12 days, cooling it to 17.5°C over 16 days, and finally applying a mechanical load of 1300 kN at the pile head. In each stage, variations in vertical stress, strain, and displacement were evaluated along the depth at three zones: the pile, the pile-soil interface, and the surrounding soil. The effects of pile geometry were also examined by changing the radius (to 0.25 and 1 m) and depth (to 7.5 and 20 m) compared to a reference pile (0.5×15 m). Results indicated that increasing temperature led to higher compressive stress and expansion in the pile and reduced settlement, while cooling caused increased contraction and settlement and reduced stress. Mechanical loading increased stress, displacement, and settlement under both heating and cooling. Increasing the pile radius enhanced heat transfer to the soil and increased stress and displacement, while reducing expansion. In contrast, increasing pile depth reduced heat transfer and concentrated stress near the pile center, with higher expansion in deeper piles and increased contraction in the surrounding soil. Overall, temperature, mechanical load, and pile geometry significantly influence the thermo-mechanical behavior of energy piles